POCO 2013年06月24日 15:27 發(fā)表評(píng)論（0）

　　在初步了解自動(dòng)對(duì)焦后，現(xiàn)在我們將更加深入地介紹它的原理和其中的技術(shù)。我相信攝影師只要深入了解他的相機(jī)，用起來才會(huì)得心應(yīng)手，才可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行創(chuàng)作和發(fā)現(xiàn)。本文將介紹自動(dòng)對(duì)焦的歷史和技術(shù)原理，不要錯(cuò)過哦~。

[PageNext]POCO 2013年06月24日 15:27 發(fā)表評(píng)論（0） 　　自動(dòng)對(duì)焦的發(fā)展簡史

　　1960年，萊茨（現(xiàn)在的萊卡）開始申請(qǐng)自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)專利。1976年，萊卡在世界影像博覽會(huì)（Photokina）展示了一個(gè)自動(dòng)對(duì)焦的相機(jī)（Correfot原型機(jī)）。1977年，柯尼卡發(fā)布了第一臺(tái)大規(guī)模生產(chǎn)的自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)C35。1981年，賓得發(fā)布了第一臺(tái)TTL自動(dòng)對(duì)焦的35mm單反相機(jī)ME-F，1983年，尼康也發(fā)布了類似的自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)F3。

自動(dòng)對(duì)焦模塊在下面突出。

　　這些早期能自動(dòng)對(duì)焦的單反都帶有鏡頭馬達(dá)，尤其是你會(huì)看到小巧的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭旁邊有一大塊馬達(dá)機(jī)構(gòu)在旁。這一直持續(xù)到1985年，美能達(dá)MAXXUM7000隨著傳感器驅(qū)動(dòng)電機(jī)在機(jī)身上。

　　這是第一臺(tái)成功打開自動(dòng)對(duì)焦單反市場(chǎng)的相機(jī)。在此機(jī)以前的自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)對(duì)焦慢而且老出錯(cuò)，制作成本也比手動(dòng)機(jī)器高很多。

　　尼康緊跟美能達(dá)之后也有所發(fā)展，但在92年也重新用回機(jī)身馬達(dá)。佳能在1987年推出EOS系統(tǒng)，在擴(kuò)大卡口的同時(shí)直接將對(duì)焦系統(tǒng)完全電子化，此舉等同于放棄原有的FD卡口。

[PageNext]POCO 2013年06月24日 15:27 發(fā)表評(píng)論（0） 　　歷史大概是如此了，讓我們看看里面具體的技術(shù)吧~。

FD和EF已經(jīng)是完全不同的兩個(gè)卡口。

　　物理理論

　　相位檢測(cè)

　　大部分自動(dòng)對(duì)焦的單反都用此原理進(jìn)行對(duì)焦。光線通過副反光鏡射入下方的對(duì)焦用傳感器進(jìn)行對(duì)焦。在相位檢測(cè)測(cè)距組件上的感光元件是排成一個(gè)陣列(一般是排成一行)在光線照射下，會(huì)產(chǎn)生一定的電信號(hào)。因此相位檢測(cè)只能檢測(cè)一個(gè)固定方向的對(duì)焦情況，而不能檢測(cè)圖像的整體形狀。高端單反相機(jī)往往用兩組相位檢測(cè)儀組成精確的十字對(duì)焦系統(tǒng)，或用四組檢測(cè)儀組成雙十字對(duì)焦系統(tǒng)。要注意的是，不同廠家對(duì)于雙十字對(duì)焦定義也不一樣，如中央8向雙十字對(duì)焦和井形雙十字對(duì)焦等。

可以看到內(nèi)部有防反光的幾何設(shè)計(jì)，灰塵不少。

[PageNext]POCO 2013年06月24日 15:27 發(fā)表評(píng)論（0） 　　反差檢測(cè)

　　反差檢測(cè)原理的對(duì)焦系統(tǒng)，一般會(huì)整合到感光元件里面，在使用數(shù)碼單反的實(shí)時(shí)取景功能時(shí)你會(huì)用上它。小型相機(jī)和無反相機(jī)往往只能用反差檢測(cè)式的對(duì)焦系統(tǒng)。其實(shí)雖然說是系統(tǒng)，反差檢測(cè)只是用軟件就可以實(shí)現(xiàn)，不需要特別的物理原件。最重要就是感光元件和圖像處理器。

　　混合型檢測(cè)

　　如名所示是上文兩種系統(tǒng)的結(jié)合。將相位傳感器集成到主感光元件上，以實(shí)現(xiàn)兩種檢測(cè)同時(shí)運(yùn)行的效果�；旌闲詸z測(cè)有助于提高對(duì)焦速度。

　　工作原理

　　我們了解了對(duì)焦的物理理論。接下來將試試將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　焦點(diǎn)和距離

　　相機(jī)的鏡頭是一套復(fù)雜的系統(tǒng)，但我們可以將其看做只有一塊鏡片。要對(duì)焦，只要移動(dòng)這塊鏡片就好。拍攝對(duì)象的距離決定了移動(dòng)鏡片的程度。理想化的條件下，鏡片聚焦情況遵守以下公式：

這公式要求鏡片本身沒有厚度……這是不可能的事。不過我們現(xiàn)在只是借助這條公式作為參考。

非常簡單的鏡頭，就像一個(gè)放大鏡。

　　非�？鋸埖卦O(shè)定鏡頭焦距為1000mm，即使1m。所以1/f=1。當(dāng)S1、S2均為2m時(shí)，公式成立，燈泡成功對(duì)焦�！　∪魺襞輳�2m處移動(dòng)到8m處，要想成功對(duì)焦根據(jù)上文公式，可解得S2=1.14m，感光元件應(yīng)該在1.14m處。可惜上圖并沒有如此，因此對(duì)焦失敗，感光元件上只有一個(gè)模糊的光斑，成為了畫面的焦外。

　　神馬��？1000m的鏡頭，物體從2m移動(dòng)到8m，相機(jī)內(nèi)對(duì)焦，鏡片要移動(dòng)0.86m？這相機(jī)體型要多大……

　　若在第一片鏡片后加入第二組鏡片，就可以有效控制后焦距距離，就可以對(duì)上焦了。如下圖例子：

　　鏡片的復(fù)合系統(tǒng)，這差不多成為真正的攝影鏡頭了。就算被攝物體大幅度移動(dòng)，鏡頭內(nèi)鏡片也可以只移動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)�！　±硐牖�的數(shù)學(xué)模型未必是完美的，但是的確能幫助我們?nèi)ピO(shè)計(jì)鏡頭。了解鏡頭結(jié)構(gòu)之后，接下來是相位檢測(cè)和反差檢測(cè)在相機(jī)內(nèi)運(yùn)用的情況。

[PageNext]POCO 2013年06月24日 15:27 發(fā)表評(píng)論（0） 　　相位檢測(cè)

　　相機(jī)機(jī)身內(nèi)，副反光鏡下，其實(shí)還有一些小型的鏡片組用以分離對(duì)焦用的光線。這些小鏡片組可以將主鏡頭光線重新分離成不同視覺方向的光線，再進(jìn)行相位檢測(cè)。這樣就相當(dāng)于旁軸相機(jī)的黃斑相位對(duì)焦。

　　假設(shè)我們有一張使用大光圈鏡頭拍攝的焦外虛化的圖片。其實(shí)這張圖片是由無線個(gè)無虛化圖片集合而成。而在現(xiàn)在的鏡頭技術(shù)水平條件下，這些無虛化圖片的一個(gè)共同點(diǎn)是在某一個(gè)固定平面它們記錄的信息相同。所以它們的集合，在這個(gè)平面上的信息是清晰的。

　　這就是大光圈虛化的真相，你所看見的光斑，其實(shí)每一點(diǎn)都是原來的點(diǎn)光源，只不過是亮度低，點(diǎn)數(shù)多，又剛好排成圓形，看起來才是光斑的樣子。

　　因此一般我們看到的照片，只要是由光圈結(jié)構(gòu)鏡頭拍出來的，都已經(jīng)包含多個(gè)角度的圖像。小鏡片組的作用是分離出其中的兩個(gè)角度，交給對(duì)焦傳感器將其進(jìn)行對(duì)比，確定那個(gè)平面的位置。

　　反光板下的鏡片組就像光圈F22的小鏡頭，在不同的角度提取出模糊畫面之中的細(xì)節(jié)。

原理簡圖。其中沒有鏡頭和附加的鏡片。

　　光線來自鏡頭的兩個(gè)方向，被兩組不同的相位檢測(cè)儀捕捉檢測(cè)，并進(jìn)行對(duì)比。被捕捉的圖像其實(shí)在畫面中是相同的位置，是對(duì)焦點(diǎn)所在的位置。

原理簡圖。省略了鏡頭的存在。

　　相位檢測(cè)儀將輸出兩組數(shù)據(jù)到AF運(yùn)算芯片中進(jìn)行比較。雖然不同的廠家有不同算法，但這個(gè)過程一般會(huì)用到自相關(guān)和匹配函數(shù)。我們的最終目的是計(jì)算兩組圖像之間相距的距離，然后進(jìn)行調(diào)整。最終結(jié)果越近越好。

對(duì)比圖像信息就可以完成對(duì)焦了。

　　前文有提到過相位檢測(cè)對(duì)焦有一字對(duì)焦、十字對(duì)焦等分別。其實(shí)一字對(duì)焦就是一對(duì)相位檢測(cè)儀組成的系統(tǒng)，十字對(duì)焦就是兩對(duì)，一橫一豎，或是斜向交叉排列。下圖是多組不同方向相位檢測(cè)的檢測(cè)情況。

十字對(duì)焦總是更有優(yōu)勢(shì)。

[PageNext]POCO 2013年06月24日 15:27 發(fā)表評(píng)論（0） 　　反差檢測(cè)

　　反差檢測(cè)會(huì)讀取對(duì)焦點(diǎn)位置附近的圖像，記錄圖像像素的亮度并求出它們的最大對(duì)比值。圖像獲得最大對(duì)比值，就是對(duì)焦成功時(shí)。

圖中的函數(shù)梯度反映了圖像的對(duì)比度。就可從數(shù)學(xué)方式判斷較銳利的圖像。

　　接下來鏡頭將前后移動(dòng)對(duì)焦，相機(jī)補(bǔ)鑊圖像分級(jí)計(jì)算，令圖像往對(duì)比度高里變化。如果對(duì)比度降低，說明鏡頭走錯(cuò)了方向，調(diào)整方向繼續(xù)對(duì)焦，直到對(duì)比度獲得最大值為止，就對(duì)好了焦。

上圖模擬了相機(jī)的對(duì)焦步驟：對(duì)焦，走錯(cuò)回頭，經(jīng)過最優(yōu)點(diǎn)，最后微調(diào)。

　　反差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦的結(jié)果可以非常精確，因?yàn)樗�直接以補(bǔ)鑊圖像為基礎(chǔ)進(jìn)行運(yùn)算，沒有其他可能出差錯(cuò)的硬件系統(tǒng)，跑焦可能性就小了。但是這種結(jié)構(gòu)也決定了相機(jī)必須要來來回回移動(dòng)鏡頭才能完成對(duì)焦，所以從理論上分析，反差檢測(cè)對(duì)焦要比相位檢測(cè)對(duì)焦慢�；蛟S現(xiàn)在一些新相機(jī)上，反差對(duì)焦表現(xiàn)也不錯(cuò)，但是其中還有鏡頭小型化等原因，像單反鏡頭這樣的大體積鏡頭，使用反差檢測(cè)對(duì)焦會(huì)很吃虧。

[PageNext]POCO 2013年06月24日 15:27 發(fā)表評(píng)論（0） 　　可以預(yù)見的是這兩種對(duì)焦方式都有其自身的局限。有沒有什么辦法能兩全其美？

不同的主題、不同的光線效果，都對(duì)照片的對(duì)比度有影響。

　　混合式檢測(cè)

　　想要兩全其美，獲得相位對(duì)焦的速度，又有反差對(duì)焦的準(zhǔn)確，要怎么辦呢？使用混合式檢測(cè)就可以達(dá)到這樣的效果！

　　無反相機(jī)或使用實(shí)時(shí)取景的單反相機(jī)對(duì)焦時(shí)，所有的光線將直接照射在感光元件上，所以混合式檢測(cè)對(duì)焦的辦法就是將相位檢測(cè)儀集成在感光元件中，不再另外設(shè)置硬件檢測(cè)對(duì)焦。

　　那么如何將相位檢測(cè)儀集成其中？考慮到現(xiàn)代感光元件的結(jié)構(gòu)，最簡便的方法是選擇感光元件內(nèi)的像素點(diǎn)，將其中的微透鏡覆蓋擋住一半。

　　原理

　　相位檢測(cè)要求先從虛化的大光圈鏡頭成像內(nèi)抽取沒有虛化的小光圈鏡頭成像。

　　擋住一半微透鏡的意義是，讓這個(gè)像素只接收一個(gè)方向的光線。擋住左邊只接收右邊，擋住右邊只接收左邊。于是相機(jī)就可以分別獲得從左右兩邊而來的圖像，就可以進(jìn)行相位檢測(cè)了~！

選擇綠色是因?yàn)榫G色像素點(diǎn)比較多。

　　這項(xiàng)技術(shù)和舊時(shí)代的膠卷相機(jī)裂像對(duì)焦屏一樣原理，分離左右兩方向的光線成像，當(dāng)它們重合時(shí)即可完成對(duì)焦。富士的X100s以此實(shí)現(xiàn)了電子裂像對(duì)焦屏，索尼、佳能、尼康也在它們的相機(jī)上實(shí)現(xiàn)了混合對(duì)焦系統(tǒng)。

　　融合在感光元件上的相位檢測(cè)儀低光檢測(cè)能力不是很強(qiáng)，檢測(cè)位置也往往被限制在畫面中心區(qū)域。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在在起步階段，未來的發(fā)展方向可能是進(jìn)一步排擠像素點(diǎn)的位置，插入更多對(duì)焦專用傳感器，再植入高端的相位檢測(cè)技術(shù)，如“米”字和“井”字排練對(duì)焦。

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